Redox Biology：HIF-1α在促进胚胎合子基因组激活中的关键作用

正常哺乳动物的发育发生在过氧化氢环境中，对过氧化氢的适应性反应被认为是胚胎在低氧输卵管和宫内环境中存活的标志性事件，因此在哺乳动物的进化中起着关键作用。由于缺氧诱导因子(hif)(氧敏感转录因子)的基因缺失，对physO₂的反应不足，导致着床期间胚胎丢失或着床后不久出现严重发育缺陷。然而，由于显著的形态缺陷主要发生在着床期和着床后阶段，HIF在支持着床前发育中的发育作用长期被忽视。

与对physO₂反应不足导致发育失败一致，强有力的流行病学证据表明，人类体外受精(IVF)培养过程中的atmosO₂通常与较低的临床妊娠率和活产率有关。此外，大量动物研究一致表明，与低氧浓度的体外培养相比，在atmosO₂中体外培养会损害着床前胚胎的形态参数和随后的妊娠结局。

这些事实表明，短期暴露在大气中会不可逆转地损害着床前胚胎的发育潜力，从而导致胚胎移植后的妊娠结局不满意。有一些合理的解释，例如，暴露于大气中导致植入前胚胎活性氧(ROS)水平升高，DNA断裂和凋亡发生率增加，或代谢相关基因失调，线粒体结构和功能改变。然而，大气二氧化硫损害胚胎潜能的内在机制，特别是卵裂阶段，在很大程度上仍然未知。

图片来源：https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103147

近日来自中国农业大学的研究者们在Redox Biology杂志上发表了题为“Single-embryo transcriptomic atlas of oxygen response reveals the critical role of HIF-1α in prompting embryonic zygotic genome activation“的文章，该研究通过单胚胎氧反应转录组图谱揭示了HIF-1α在促进胚胎合子基因组激活中的关键作用。

对生理氧水平的适应性反应(physO₂;5% O₂)使胚胎在低氧发育环境中存活。然而，physO₂在支持着床前发育中的作用机制尚不清楚。在本研究中，研究者系统地研究了着床前发育过程中标志性事件的氧反应。

早在卵裂早期，AtmosO₂暴露就会损害胚胎发育，并在着床前发育的早期和后期优先破坏胚胎转录组

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重点关注大气氧水平(atmosO₂;20% O₂) 研究者从功能上确定了HIF-1α作为氧敏感转录因子在促进主要合子基因组激活中的新作用。此外，在囊胚形成过程中，大气二氧化硫通过调节组蛋白赖氨酸甲基转移酶来阻碍H3K4me3和H3K27me3的沉积，从而损害囊胚中x染色体的失活。

此外，研究者发现在囊胚形成之前，大气二氧化硫阻碍了代谢向糖酵解的转变，从而导致低水平的组蛋白乳酸化沉积。值得注意的是，研究者还报道了胚胎在着床前发育时两性二态氧反应的增加。

总之，本研究聚焦于胚胎生存和发育所必需的遗传和表观遗传事件，推进了胚胎对physO₂适应性反应的现有知识，并为短期暴露于大气中SO₂导致的不可逆发育潜力受损机制提供了新的见解。

着床前胚胎对O₂浓度表现出两性二态反应

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通过整合单胚胎转录组、表型定量和功能分析，研究者系统地研究了氧浓度对标志性发育事件的影响，即合子基因组激活、谱系分化、代谢转移及其相关的遗传或表观遗传特征。目前的研究推进了胚胎对生理低氧环境下存活的physO₂适应性反应的现有知识，并为短期暴露于大气中不可逆转的发育潜力受损机制提供了新的见解。

综上所述，本研究为氧浓度对着床前遗传或表观遗传编程和重编程事件的影响提供了新的理解。这些结果不仅更新了目前对physO₂在促进胚胎存活和发育中的功能作用的认识，而且在辅助生殖技术的临床实践中更深入地了解低氧浓度对妊娠结局的有益影响。（生物谷 Bioon.com）

参考文献：

Fusheng Yao et al. Single-embryo transcriptomic atlas of oxygen response reveals the critical role of HIF-1α in prompting embryonic zygotic genome activation. Redox Biol. 2024 Apr 2:72:103147. doi: 10.1016/j.redox.2024.103147.